Турбины с изменяемой геометрей для коммерческих дизелей

Сегодняшние пользователи дизельных двигателей, предназначенных для работы в тяжелых условиях, хотят видеть дизель с идеальной переходной характеристикой, большим запасом крутящего момента и максимально экономичный во всех рабочих режимах. Турбины с большой производительностью обеспечивают высокое сжатие и приличную экономию топлива при высоких оборотах двигателя, но обычно имеют большое время отклика и не обеспечивают такого запаса крутящего момента, как турбины с малой производительностью.

Низкопроизводительные турбины обычно имеют хорошую передаточную характеристику и обеспечивают приличный наддув на малых оборотах двигателя, создавая запас крутящего момента. Однако, при высоких оборотах двигателя они начинают либо "задыхаться>, либо требуют отвода существенного объема воздуха через перепускной клапан. Это существенно понижает эффективность турбины, увеличивает возвратное давление в двигателе и увеличивает расход топлива.

Адаптация турбины, таким образом, всегда - компромисс: как правило, турбокомпрессор имеет размер больше, чем нужно для хорошего отклика и запаса крутящего момента, и меньше, чем нужно для экономичности на больших скоростях.

Технология турбин с изменяемой геометрией сопла (VNT) - идеальное решение, призванное заменить большой компромисс. В VNT для направления потока в турбину используется набор настраиваемых лопаток или форсунок. Когда лопатки закрыты, поток напрвляется на колесо турбины по касательной. Так колесу турбины передается максимальная энергия, и оно начинает вращаться быстрее. Опуская (закрывая) лопатки, можно получить отличную переходную характеристику и добиться наддува при низких оборотах двигателя, увеличивая запас крутящего момента.

Наоборот, когда лопатки открыты, поток направляется на колесо турбины под большим углом. Это снижает угловой момент потока, существенно понижая обороты турбокомпрессора. Таким образом, при высоких оборотах двигателя лопатки могут быть открыты для управления давлением наддува без использования перепускного клапана. Это дает существенную экономию топлива.

VNT также позволяет оптимизировать баланс между разницей давлений в турбокомпрессоре и составом воздушно-топливной смеси. Закрывая лопатки, турбокомпрессор увеличивает обороты, давление наддува растет и пропорция «воздух / топливо» растет. Обратное давление в двигателе также возрастает. Так достигается оптимальный расход топлива во всех рабочих режимах.

Способность VNT перестраиваться на ходу позволяет двигателю создавать максимальный крутящий момент, одновременно имея минимальный расход топлива. Это проиллюстрированно ниже. Способность VNT создавать наддув при низких оборотах двигателя также значительно снижает количество выбрасываемых в атмосферу на холостом ходу вредных микрочастиц.